- •Московский ордена ленина энергетический институт
- •Предисловие
- •Глава 1 общая характеристика систем автоматики и телемеханики
- •§ 1-1. Введение. Основные понятия
- •Рис 1-2 а — структура системы автоматического управления, б — структура управляющего устройства
- •§ 1-2. Основные принципы автоматического регулирования
- •Рис 1-3 а —схема регулирования по отклонению, б — схема регулирования по возмущению
- •§ 1-3. Основные сведения о системах телемеханики
- •Рис 1-5. Структурные схемы систем телемеханики
- •§ 1-4. Примеры систем автоматики и телемеханики
- •Рис 1-7. Два типа сар скорости электродвигателя
- •Рис 1-11 Блок-схема телемеханической системы с увм
- •Глава 2 элементы автоматического контроля
- •Рис 2-1. Датчик как преобразователь (а) и его возможная статическая характеристика (б)
- •§ 2-1. Резисторные датчики
- •§ 2-2. Индуктивные датчики
- •Рис 2-4 Индуктивные датчики и их характеристики
- •Рис 2-5 Дифференциальный индуктивный датчик
- •Рис 2 6 Дифференциальный трансформатор
- •§ 2-3. Генераторные датчики
- •Рис 2-7 Тахогенераторы постоянного (а) и переменного (б) тока
- •Рис 2-8 Вариант схемы термокомпенсации
- •§ 2-4. Схемы включения датчиков
- •Рис 2-9 Схемы включения датчиков
- •§ 2-5. Устройства сравнения
- •Рис 2-10 Устройства сравнения на потенциометрах
- •Рис 2-11. Соединение сельсинов (а) и индикаторная схема включения (б)
- •§ 2-6. Приборы автоконтроля
- •Рис 2-12. Электрическая схема автопотенциометра (а) и диаграмма напряжений и токов фазочувствительного каскада (б)
- •И диаграмма его работы (б)
- •Глава 3 характеризация сар и ее элементов
- •§ 3-1. Способы характеризации систем
- •§ 3-2. Составление уравнений сар и их линеаризация
- •§ 3-3. Динамические характеристики во временной области
- •Рис 3-3 Схема определения импульсной характеристики и переходной функции
- •§ 3-4. Динамические характеристики в частотной области
- •§ 3-5. Связь между различными динамическими характеристиками
- •Глава 4 структурный метод анализа сар
- •§ 4-1. Функциональные и структурные схемы сар
- •§ 4-2. Типовые звенья и их характеристики
- •Рис 4-1 Примеры безынерционных звеньев
- •Рис 4-2 Динамические характеристики безынерционных звеньев
- •Рис 4-3 Примеры инерционных звеньев
- •Рис 4-5 Примеры интегрирующих звеньев
- •Рис 4-6 Динамические характеристики интегрирующего звена
- •Рис 4-9. Примеры упругих звеньев
- •Рис 4-13 Частотные характеристики звена запаздывания
- •§ 4-3. Основные способы соединения звеньев
- •Рис 4-14 Основные способы соединения звеньев
- •Рис 4 15 Пример построения логарифмических частотных характеристик
- •§ 4-4. Преобразование структурных схем
- •Рис 4* Правила структурных преобразований
- •Глава 5 устойчивость линейных сар
- •§ 5-1. Понятие об устойчивости
- •§ 5-2. Характеристическое уравнение сар
- •Как известно, решение уравнения
- •§ 5-3. Критерий устойчивости Рауса — Гурвица
- •§ 5-4. Критерий Найквиста. Запас устойчивости
- •Рис 5-8 к формулировке критерия Найквиста для логарифмических частотных характеристик
- •Глава 6 качество процесса регулирования
- •§ 6-1. Точность регулирования
- •При гибкой обратной связи, когда
- •§ 6-2. Качество переходных процессов регулирования
- •§ 6-3. Оценки качества переходного процесса по частотным характеристикам
- •§ 6-3-1. Оценка качества сар с типовой лачх по номограммам
- •§ 6-3-2. Построение переходной функции по вчх замкнутой системы
- •Рис 6-8
- •§ 6-4. Интегральные оценки качества переходного процесса
- •Глава 7 стабилизация и элементы синтеза сар
- •§ 7-1. Построение лачх по техническому заданию
- •§ 7-2. Последовательная схема коррекции сар
- •§ 7-3. Коррекция с помощью обратной связи
- •Рис 7-7
- •§ 7-4. Сравнительная оценка методов коррекции
§ 4-1. Функциональные и структурные схемы сар
Часть системы, выполняющую определенные функции, назовем функциональным элементом. Последний может выполнять (по Б. С. Сотскову):
1) преобразование контролируемой величины в сигнал (датчик, реле);
2) преобразование сигнала по величине (усилитель), по характеру (аналого-цифровой, цифроаналоговый преобразователь), по физической природе, по виду функциональной связи между входным и выходным сигналами (интегратор, дифференциатор и т. д.);
3) сравнение сигналов (сравнивающее устройство, нуль орган и т. д.);
4) хранение сигнала (накопитель, регистр), генерирование сигнала (программное устройство, генератор) и т. д.;
5) использование сигнала для воздействия на управляемый процесс (исполнительное устройство, сервомеханизм).
Функциональной схемой называется такая, на которой показана связь между функциональными элементами. Частным, но наиболее важным для дальнейшего изучения автоматических систем видом функциональной схемы являетсяструктурная схема, отражающая только математические преобразования сигналов. Такая схема включает в себя:
1) линейные звенья, выполняющие линейные интегродифференциальные операции над сигналами, инелинейный преобразователи, выполняющие нелинейные алгебраические операции;
2) сумматоры, в которых происходит сложение или вычитание сигналов;
3) точки разветвления сигналов (узлы);
4) связи, показывающие направления передачи сигналов.
Линейные САР могут быть представлены только с помощью линейных типовых звеньев, сумматоров, узлов и связей. Типовым звеном может быть любой линейный или линеаризованный объект наблюдения, удовлетворяющий трем условиям: 1) -он имеет одно входное и одно выходное воздействие, 2) выходное воздействие зависит от входного но обратного действия нет, 3) он описывается линейным обыкновенным дифференциальным уравнением не выше второго порядка. Заметим, что последнее условие относится к объектам и системам с сосредоточенными параметрами.
Все типовые звенья имеют передаточную функцию в виде дробно-рациональной функции
причем нули (корни уравненияВ(р)=0) иполюсы (корни уравненияА(р)=0) передаточной функции лежат в левой полуплоскости или на ее границе — мнимой оси. Вследствие этого звенья, удовлетворяющие указанным выше трем условиям, но не удовлетворяющие последнему, не относятся к типовым. Это — неустойчивые и неминимально-фазовые звенья, имеющие соответственно полюсы или нули передаточной функции в правой полуплоскости.
Надо заметить, что один линейный функциональный элемент системы, имеющий несколько входных и выходных воздействий, а также описываемый дифференциальным уравнением выше второго порядка, на структурной схеме может быть представлен в виде некоторого соединениянескольких типовых звеньев.
Хотя такое представление справедливо в некотором ограниченном частотном диапазоне, так как в функциональном элементе всегда есть параметры, не учитываемые из-за их малости, для инженерных целей оно обычно достаточно.
Перечислим типовые звенья:
1) безынерционное (пропорциональное, статическое) звено, описываемое линейным дифференциальным уравнением нулевого порядка;
2) инерционное (апериодическое) — дифференциальным уравнением первого порядка;
3) интегрирующее — дифференциальным уравнением первого порядка;
4) дифференцирующее — дифференциальным уравнением первого порядка;
5) упругое (интегродифференцируюшее) — дифференциальным уравнением первого порядка;
6) колебательное — дифференциальным уравнением второго порядка.
В ряде случаев к типовым звеньям относят звено запаздывания, описывающееся уравнением с запаздывающим аргументом. Хотя такое звено встречается лишь в системах с распределенными параметрами, включение его в число элементарных существенно расширяет круг встречающихся на практике объектов управления. В то же время анализ линейных САР с запаздыванием практически мало усложняется. Примеры составления функциональных и структурных схем рассмотрены далее.